PID control of a lower limb rehabilitation exoskeleton

• Autorzy: Touati Nahla , Saidi Imen , Mbarek Houssem Ben Hadj

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.06.60

Warianty tytułu

PL

Sterowanie PID egzoszkieletu rehabilitacyjnego kończyn dolnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, our objective is to design a robust control system for an exoskeleton (orthosis) intended for rehabilitation assistance, which could potentially extend to addressing mobility issues. It is important to note that, within the scope of our work, rehabilitation assistance is specifically focused on the lower limbs (legs), as the knee is a crucial joint in the human body and, consequently, requires both significant stability and mobility. The primary goal is to develop a control system for the exoskeleton at the knee level. To achieve this, several factors must be taken into account the disturbances and the nature of human muscle movements: Human movement is facilitated by muscle contractions and relaxations.

PL

W tym artykule naszym celem jest zaprojektowanie solidnego systemu sterowania egzoszkieletem (ortezą) przeznaczonym do celów rehabilitacyjnych, który mógłby potencjalnie rozszerzyć się na rozwiązywanie problemów z poruszaniem się. Warto zaznaczyć, że w zakresie naszej pracy pomoc rehabilitacyjna koncentruje się w szczególności na kończynach dolnych (nóżkach), gdyż kolano jest kluczowym stawem w organizmie człowieka i co za tym idzie wymaga dużej stabilności i mobilności. Podstawowym celem jest opracowanie systemu kontroli egzoszkieletu na poziomie kolan. Aby to osiągnąć, należy wziąć pod uwagę kilka czynników, zaburzenia i naturę ruchów mięśni człowieka: Ruch człowieka jest ułatwiony przez skurcze i rozluźnienia mięśni.

Słowa kluczowe

EN

knee exoskeleton-assistant system; dynamic modeling; stability analysis; PID controller

PL

modelowanie dynamiczne; układ egzoszkielet-asystent kolana; analiza stabilności; kontroler PID

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 6
• Strony: 290--293
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Touati Nahla

• University of Tunis El Manar Tunis, Tunisia. Automatic Research Laboratory, LA.R. A, National Engineering School of Tunis

• https://orcid.org/0000-0002-1449-8001

autor

Saidi Imen

• University of Tunis El Manar Tunis, Tunisia. Automatic Research Laboratory, LA.R. A, National Engineering School of Tunis
• Université de Tunis, Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Tunis, BP 56–Montfleury 1008, Tunis, Tunisia

• https://orcid.org/0000-0001-7366-3022

autor

Mbarek Houssem Ben Hadj

• University of Tunis El Manar Tunis, Tunisia. Automatic Research Laboratory, LA.R. A, National Engineering School of Tunis

Bibliografia

• [1] Ergin, M.A., Patoglu V. A, self-adjusting knee exoskeleton for robot assisted treatment of knee injuries, International Conference on Intelligent Robots and Systems, San Francisco, CA, USA, 25–30 September 2011, 4917–4922.
• [2] Veerbeek J.M., Langbroek-Amersfoort A.C., Van Wegen E.E., Meskers C.G., Kwakkel G, Effects of Robot-Assisted Therapy for the Upper Limb After Stroke, Neurorehabil Neural Repair, 31 (2017), 107–121.
• [3] Guan W., Zhou, L., Cao Y., Joint Motion Control for Lower Limb Rehabilitation Based on Iterative Learning Control (ILC) Algorithm, Complexity (2021), 1–9.
• [4] Aljuboury A.S., Hameed, A.H., Ajel, A.R., Humaidi, A.J., Alkhayyat, A., Mhdawi, A.K.A, Robust adaptive control of knee exoskeleton-assistant system based on nonlinear disturbance observer, Actuators, 11 (2022), no.78,1-18.
• [5] Kwakkel G., Kollen B., Wagenaar R., Long term effects of intensity of upper and lower limb training after stroke: a randomised trial, Journal Neurol Neurosurg Psychiatry 72(2002), no.4, 473–9.
• [6] Costa N., Bezdicek M., Brown M., Joint motion control of a powered lower limb orthosis for rehabilitation, International Journal of Automation and Computing, 3(2006), no. 3, 271-281.
• [7] Valerio D., Sa da Costa J., Tuning of fractional PID controllers with Ziegler-Nichols-type rules, Signal Processing, 86(2006), 2771-2784.
• [8] Singh G., Singla A., Virk G.S., Modeling and simulation of a passive lower-body mechanism for rehabilitation, Conference on mechanical engineering and technology, at: department of mechanical engineering, Varanasi, 15–17 January 2016, 123– 128.
• [9] Saidi I., Touati N., Sliding mode control to stabilization of nonlinear Underactuated mechanical systems, Przegląd Elektrotechniczny, 97 (2021), nr. 7, 106-109.
• [10] Saidi I., Touati N., Nonlinear predictive control for trajectory tracking of underactuated mechanical systems, Przegląd Elektrotechniczny, 97 (2021), nr. 6, 30-33.
• [11] Touati N., Saidi I., Internal model control for underactuated systems based on novel virtual inputs method, Przegląd Elektrotechniczny, 97(2021), nr 9, 95-99.
• [12] Saidi I., Hammami, A., Sliding Mode Control of an Actuated Knee Joint Orthosis, Current Signal Transduction Therapy, 16(2021), no.3, 262–268.
• [13] Alawad N.A., Humaidi A.J., Al-Araji A.S, Improved Active Disturbance Rejection Control for the Knee Joint Motion Model, Mathematical Modelling of Engineering Problems, 9(2022), no. 9, 477–483.
• [14] Saidi I., Touati N., Learning control for trajectory tracking of nonlinear inertia wheel inverted pendulum, Revue Roumaine des Sciences Techniques Serie Electrotechnique et Energetique, 68(2023), no.4, 424–430.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).